JPS6035163A - ディ−ゼル機関用燃料噴射時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼル機関の燃料噴射時期の電子制御装置
に関するものである。

〔従来技術〕

従来、ディーゼル機関の気筒内に噴射された燃料の実着
火時期を検出し、各種運転状態検出器よりの信号から演
算された目標着火時期に前記実着火時期を一致させるべ
く燃料噴射時期調節手段を駆動する構成のものとして、
例えば、特開昭５７−１７９３４６に示すものが提案さ
れており、着火検出器より着火信号のレベルが一定のス
レッショルドレベルに達した時期を検出して実着火時期
をめていたものである。しかるに、着火検出器よりの着
火信号波形は、機関の運転条件によって大きく変化し、
波形全体がオフセットする如く零点レベルが変動するた
め、スレッショルドレベルを一定とした場合には、正確
に実着火時期が検出できないという問題があった。

〔発明の目的〕

（２） 本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、実着火時
３１）Ｉ　Ｍ　出のためのスレッシ日ルドレベルを着火
信号の零点レベルを基準として設定されるようにし、機
関の運転条件炭化による着火信号零点り、　ヘ／ｌ／　
ｃｏ　Ｗｅ　動に見合っ°Ｃスレソシールドレベルが所
定の値に設定されることから、常に正確な実着火時期の
算出が可能となり、安定した噴射時期制御が行なえる装
置の提供を目的とするものである。

〔実施例〕

！１８１図は本発明の構成を明示するための全体構成図
である。機関の運転状態より目標着火時期及び噴射時期
調節手段を制御するパルス電圧の基本デユーティ比を演
算し、またクランク角基準信号と着火信号より実着火時
期を演算する。そして目標着火時期と実着火時期との誤
差をめ、この誤差に応じたデユーティ比の補正量を演算
する。そして、前記基本デユーティ比を誤差に応じた補
正量により補正し、駆動回路に前記パルス電圧を出力し
て、噴射時期を制御する。

以下本発明を図に示すボッシュ４気筒分配型噴（３） 射ポンプ３に適用した一実施例について説明する。

第２図は全体の構成図である。まず機関の回転数は機関
のクランク軸に徐動する歯車状のインダクタに電磁ピッ
クアップを対向させて回転数に比例したパルス数として
検出する。本実施例ではクランク角基準信号を発生する
ためのクランク角基準信号検出器５と兼用してクランク
角基準信号検出器の信号周期より回転数を算出するよう
にしている。クランク角基準信号検出器５は機関のクラ
ンクシャフトの回転角度位置を検出するものであり、そ
の構成は第３図の左側に図示する如きものである。即ち
、クランク角基準信号検出器５はクランクシャフトに直
結され、８ケ所の等分された突起をもちその１つが上死
点前１０〜３０度クランク角の位置に後述のパルス信号
を発生するよう取り付けられた歯車５Ａを備える。さら
に歯車５Ａの回転に伴う磁束変化に応じて第３図図示点
ａの電圧波形が第４図ｆａｌに図示する如き交流電圧信
号となる電磁ピックアップ５Ｂを備えており、公知の波
形成形回路２１ａによりこの信号が波形成形さく４） れ、第３図す点に第４図ｆｂ）の如き周期ＴＨのパルス
電圧信号が発生ずる。

燃料の着火する時期を検出する着火検出器４としては、
例えば第５図に示す構造のものを用い機関のＭｌ気筒の
燃焼室に一つ装着するものである。

中空筒状の耐熱性物質からなるハウジング４３の中空部
に、光透過性物質よりなる棒状体、例えば石英ガラスの
ような耐熱ガラス棒４０を貫通設定して構成されるもの
で、このガラス棒４ｏは適宜接着剤４１を用いてハウジ
ング４３の中空部内に接着固定する。この場合、耐熱ガ
ラス棒４ｏは、ハウジング４３の先端部より１〜５鶴程
突出して設定され、この突出部が着火光検出部４４とし
て作用するようになる。

ハウジング４３の基端部には、ガラス棒４０を伝達され
る着火光を検知するフォトトランジスタのような受光素
子４２が、ガラス棒４ｏの軸線方向に整合して設けられ
、ガラス棒４０を伝播した着火光を検知して電気信号に
変換するように構成している。この電気信号は第６図に
しめすような（５） 内部に零点検出スレソシロルド設定器２５ｂを有する着
火時期パルス発生回路２５に加えられる。

第６図において４２は受光素子であるフォトトランジス
タであり、１０１はフォトトランジスタの負荷抵抗であ
り、燃焼光によりａ点には第７図の如き燃焼光に対応し
た電圧Ｖａが発生する。この燃焼光電圧Ｖａは、機関の
運転状態によってＶａ　（１）、Ｖ　ａ　（２１、Ｖ　
ａ　１３１のように種々変化し、Ｖａ（３）においては
、エンジンが実際に燃焼していない零点レベルでも完全
にＯＶとならない状態で変動している。これは特にエン
ジン高回転・高負荷時に発生しやすく、エンジン気筒内
の燃焼後も気筒内は赤熱状態を持続し、フォトトランジ
スタ４２はこの赤熱状態をも検出してＱＶに低下しない
ことによるが、あるいは、フォトトランジスタの温度上
昇に供なう暗電流（光が完全に遮断されている状態での
フォトトランジスタに潜在的に流れる電流）の増加によ
るものと考えられる。さらに燃焼光電圧Ｖａは第６図中
抵抗１０３．１０４．１０５演算増幅器１０６よりなる
。、現反、転９増幅、器、にて、（６） 適当なレベルを有する燃焼光電圧ｖｂに増幅されｂ点に
出力される。ここで、燃焼光電圧の立ち上がり時期すな
わち気筒内に噴射された燃料の着火時Ｍ　ｔ　ｒ　ｏを
検出するためのスレッショルド電圧は１１１４６図中Ｃ
点図中　ｃとして設定され、燃焼光電圧ｖｂとスレッシ
替ルド電圧Ｖｃは演算増幅器１１２、抵抗１１４．１．
りなる比較器にて比較されｄ点に着火時ｊｌｌｌパルス
Ｖｄを得、ＣＰＵにとりこまれ、ＣＩ）　Ｕはこの着火
時期パルスＶｄの立ち上がり時期を着火時期ｔｔｏとし
て検出するものである。また、着火時期ｔｉｃを誤差少
なく正確に検出するためには、スレッショルド電圧Ｖｃ
はできるだけ低く設定されることが望ましく、今仮にＶ
ｃ＝　■０一定として設定した場合には、燃焼光電圧Ｖ
　ｂ　（３１は常にＶｂ＞Ｖｃとなって着火時期１１Ｏ
が検出されないという問題を生じる。したがって、この
問題点を解決するために、第６図Ｃ点に胤生ずるスレッ
シ田ルド電圧Ｖｃは燃焼光電圧■ｂの零点レベルを基準
値として検出して補正・設定されるようにしたものが零
点検出スレッシミル（７） ド設定器２５ｂである。すなわち、ｖｂの零点レベルが
ＯＶのとき（Ｖｂ＝ＯＶ）　、Ｃ点の電圧ＶＣは、ダイ
オード１０９の順方向電圧Ｖｏ（約０゜６Ｖ）に保たれ
る。これは、抵抗１０Ｂの抵抗値Ｒ１０８と抵抗１１１
の抵抗値Ｒ１１ｌはＲ１１１）Ｒ１０Ｂなる関係を有し
、０点の抵抗ＲＩＯ８の発生する電圧ＶｅはＶ　ｅ　’
Ａ　ＯＶと考えてよいからである。ここで、ｖｂがＯＶ
より上昇してきたとき、すなわち、第７図中ｖｂの立ち
上がり点Ｐを過ぎてきたとき、Ｃ点に発生する電圧Ｖｃ
はｖｂと供に上昇しようとするが、これは、抵抗１１１
を通して電源電圧Ｖｃｃがコンデンサ１１０に供給され
、時定数ｃ＋　ｌ０ＸＲＩ　ｌ　１にて決まる上昇速度
にてゆっくりと上昇し、はぼＶｃＫＶ□の状態でＶｂ＞
Ｖｃとなって着火時期パルスの立ち上がりを得る。さら
に、ｖｂが低下してきて、Ｖｂ＜Ｖｃとなって着火時期
パルスｖｂは立ち下がり、Ｖｃ＞Ｖｂ＋ＶｏとなったＱ
点で、コンデンサ１１０の電荷はダイオード１０９、抵
抗１０８を通して急速に放電され、以後Ｖｃ＝Ｖｂ＋Ｖ
（８） Ｄなる関係を満足しっつｖｂの低下に追従してＶＣは抵
抗する。すなわち、Ｖ　ｂの零点レベル（Ｖｂｏとする
）がｏＶとならない状態で変動していてもｖｂの立ちト
がり時期を検出するときのＶｃは、Ｖｂが立ち七がる直
前までのｖｂの零点レベルの値ｖｂｏに対して、Ｖｃ巨
Ｖｂｏ＋ＶＤなるスレッシ仔ルドレベルを得るものであ
す、いかなる運転状態においζも立ち上がり時期検出誤
差の少ない着火時期パルスを確実にＣＰＵに大刀するこ
とが可能となるものである。なお、第６図中コンデンサ
１０２は、着火時期パルス発生回路２５内に発生し得る
ノイス、あるいは着火信号内に取込まれたノイズ分を除
去するためのものであり、抵抗１０７．１１３Ｌｌ演算
増幅器１１２の出力をｖｂに入力端子にＩｍ還すること
によりスレッショルド電圧Ｖｃに対するヒステリシス特
性をもたせ、比較器としてのチ中タリングを防止するた
めのものである。

第８図に着火検出器４を渦流室式ディーゼル機関に取付
けた梯子を承ず。１０１はシリンダヘラ（９） ド、１０２はピストン、１０３は排気バルブ、１０４は
渦流室、１０５は燃料噴射ノズルを表わす。

図に示したように着火検出器４はシリンダヘッドを貫通
してシリンダヘッドにネジ締めされる。

運転状態検出器１のうち、アクセル操作量検出器１ａは
ボテンシ司メータあるいは差動トランス等を適用可能で
あり、アクセル操作量に対応した信号が得られる。また
、噴射量検出器１ｃは第９図に示す如きもので検出器の
可動コアｌｅｌはレバーを介してスピルリング３８に一
体に固定されており、筒状ボビンの外周に二対のコイル
ＩＣ２が巻かれており、本体は固体ネジＩＣ３にてポン
プヘッドに固定されている。コアが二対のコイルの中を
摺動することでコイルのインダクタンスが変化すること
を利用しており、スピルリング３８は燃料噴射量が少な
い場合は図中左方に位置し、燃料噴射量が多く必要な場
合には右方に位置すべく動く。従って燃料噴射量が多い
場合には出力電圧値は低（、例えばＩＶであり、又アイ
ドル運転状態の場合のように噴射量が少ない場合にはス
ビ（１０） ルリング３８はｈ方に移動し、コアｌｃｌのストローク
は大きくなり例えば出力電圧は３■となるように作動す
る。

吸入空気量をめるための吸気圧検出器ＩＣとしては半導
体圧力検出器及び吸気温度検出器１ｄとしてはサーミス
タ等通用可能である。

機関の冷却水温検出器１θおよび燃料温検出器１ｆとし
てはサーミスタが適用可能である。またバッテリ電圧検
出器１ｇは電子制御ユニットに電源電圧を取り込むため
のものであり、必要に応じて設ければよい。２は電子制
御ユニットであり波形整形回路２１、内部に零点検出ス
レッシせルド設定器２５ｂを有する着火時期パルス発生
回路、へ／Ｄ＊換ｉ！３２２、マイクロコンピュータ２
３及び駆動回路２４からなる。そして電子制御ユニッ］
２は駆動回路２４より適当なデユーティ比を持つパルス
信号を油圧タイマの電磁弁３７に与え燃料噴射時期を制
御する。タイマピストン３０はローラリング３２と接続
されておりタイマピストン３０が図中左方へ移動すると
、ローラリング３２は右回転方向に回動し、燃料噴射時
期は進角側に変わるものである。

３３はベーン型燃料ポンプであり、噴射ポンプの図示し
ないドライブシャフトにより回転し、燃料タンクから燃
料をポンプ内圧力室３４へ圧送する。圧力室３４内の燃
料は機関へ噴射されると共に絞りを通りタイマーピスト
ン高圧室３５へ導かれる。従って高圧室３５の圧力と低
圧室４０中のリターンスプリング３６の力のつり合う位
置でタイマピストン３０の位置が定まるためのローラリ
ング３２の位置が定まり、噴射時期が決まる。３７は圧
力調整用の電磁弁であり高圧室３５の圧力を電子制御ユ
ニット２からの駆動信号により開閉時間比率を変えるこ
とにより制御し、タイマピストン位置すなわち噴射時期
をめる。

以下第１０図〜第１３図に示すフローチャート及び第１
４図に示す特性図に従って説明する。ここではマイクロ
コンピュータに例えば富士通社製のワンチップマイクロ
コンピュータ６８０１Ｗ２を用いた例を示す。第１０図
はメインルーチン、第１１〜１３図は割り込みルーチン
を示す。第１０図におい”（、ステップ２０１では電源
投入時に必要な初期化を行う。ここでは後述の補正デユ
ーティ比、１）ｏ１ΔＤの初期値をＯにする。ステップ
２０２ではクランク角基Ｎｆｉ信号検出５の出力パルス
周期ＴトＪ（第４図参照）の逆数をとり定数をかけるこ
とにより回転数ＮＥをめる。ステップ２０３ではアクセ
ル操作量、燃料噴射量、吸気圧、吸気温、燃料温、冷却
水温、バッテリ電圧等の運転状態検出器からの信号を取
り込む。ステップ２０４では前記運転状態検出器の信号
から基本デユーティ比［）８をめるもので、これはまず
第１４図に示すような、噴射量とエンジン回転数から目
標基本デユーティ比■）Ｐをマツプあるいは計算式によ
り算出し、さらに該基本目標デユーティ比ＤＰをバッテ
リ電圧、及び燃料温によりマツプあるいはｉｌｔ算式に
より補正して基本デユーティ比ＤＰをめるものである。

ステップ２０５は補正デユーティ比ＤＲを算出しており
、補正デユーティ比ＤＲは基本デューテ（１３） ィ比ＤＢに後述の学習補正デユーティ比Ｄｏ及び誤差補
正デユーティ比ΔＤを加えたものである。

ステップ２０６では前記運転状態検出器の信号から目標
着火信号ＴＢをマツプにより算出する。

ステップ２０７では着火検出器４の信号が有るかどうか
の判定を行うもので、着火検出信号が破損して信号がこ
ない時、あるいはエンジンが失火している時、あるいは
噴射量が零のときなどはステップ２０８へ進む。着火検
出器４の信号が有ればステップ２０９へ進む。ステップ
２０９では着火信号有りのフラグをクリアしステップ２
１０では前記クランク角基準信号と着火時期パルス信号
から実着火信号ＴＲを算出する。これは、第１５図に示
すように、着火時期パルス発生直前の基準信号発生時刻
ＴＮと着火時期パルス発生時刻１゜０の差、すなわちＴ
Ｒ＝ＴＮ　ｔｒｏとして算出される。ステップ２１１で
は前記目標着火時期と実着火時期の誤差ＴＥＲＲを算出
する。ステップ２１２では誤差ＴＥＲＲの絶対値が一定
値ＴＯ以内かどうかを判定する。ここで判定条件を満足
しく１４） なければステップ２１３へ進みステップ２１１の誤差’
ｒＥＲＲから＃１差補正デユーティ比ΔＤをマツプある
いは１ｔ）４’：式によりＷ出する。ステップ２１４で
は出力デユーティ比１）（＝ＤＲ＋ΔＤ）を検出する。

ステフッ２１２０判定条件を満足すればステップ２１５
へ進み出力デユーティ比Ｄ　（＝ＤＲ）をＷ出しステッ
プ２１６へ進み学習補正デユーティ比Ｄｏ　（＝Ｄ　Ｄ
Ｂ＞を算出するとともに誤差補正デユーティ比ΔＤをＯ
に記憶してステップ２０２へ戻り再び同様な演箆をくり
返す。ステップ２０８．２１４へ進んだ場合も同様にス
テップ２０２へ戻る。

このようにプログラムがループを描きつつ計算を進めて
いる内に、ある一定時間毎に、第１１図のタイマー割込
みルーチンが発生し、Ｒ２０で定時間割込処理をし、Ｒ
２１で出力回路１０へ計算されたデユーティ比のパルス
を出力する。タイマー割込ルーチンは、駆動出力側周期
に同期して発生ずる。さらに着火信号の発生ごとに第１
２図の如く割り込みルーチンが発生し、Ｒ３０で第７図
に示す着火時期パルスの立ち上がり時点のタイマー値ｔ
ｔｃを読み込み、Ｒ３１では着火信号有りのフラグをた
てる。

また、第３図における基準信号発生ごとに第１３図に示
す如き基準信号割り込みルーチンが発生し、ステップＲ
４０でパルスの立ち上がり点のタイマー値ｔＮ（ｉ）を
読み込む。ステップＲ４１では基準信号周期ＴＮ＝ＴＮ
　（ｉ）　ｔＮ（１−１）を算出し、その後メインルー
チンに戻る。

なお、本実施例ではクランク角基準信号パルスはエンジ
ン−回転につき８歯としたが、４歯あるいは２歯さらに
は１［とじてもよく、また、零点検出スレッショルド設
定器２５ｂのダイオード１０９を１個としてスレッショ
ルド電圧Ｖｃが着火信号の零点レベルＶｂｏを基準とし
てダイオード１個分の順方向電圧ＶＤなるスレッショル
ド電圧Ｖｃ−ＶｂＯ＋Ｖｐとなるよう設定したが、ダイ
オードを２個としてスレッショルド電圧Ｖｃ＝ＶｂＱ＋
２ＸＶＱに設定してもよい。さらに０点検出スレッショ
ルド設定器の第２の実施例としてダイオードを用いない
方式のものを第１６図に示す。

これは、抵抗１２１と抵抗１２２で分圧された電圧Ｖｓ
が８点に発生し、ボルテージフォロワー型演算増幅器１
２３を通して出力されており、Ｒ点の電圧ｖＲは燃焼光
電圧ｖｂが立ち上がり始めると同時に抵抗Ｒ１２４を通
してコンデンサ１２５が充電されて第１７図で示される
ように抵抗Ｒ１２４の値とコンデンサ１２５の値で決ま
る時定数で上昇してゆき、燃焼光電圧ｖｂが立ち下がり
始めてＶｂ＜ＶＲとなった時点で同じ時定数で低下し、
ＶＲとｖｂが等しくなってｙｂが大きく変動シナフナっ
たＵ点１ｇｌ　ｌｉの零点レベルの間はｖＲ＝ｖｂとな
り、ボルテージツメロワー型演算増幅器１２６を通して
出力される。そして、以降１２７．１２８の値が等しい
ときに０点に発生するスレ、２シールド電圧Ｖｃは、第
１７図で示されるようにＶＣ＝　（ＶＲ＋Ｖｓ）／２と
なり、特に零点レベル時のｖｂを■ｂｏとして区別すれ
ば、スレッシＩＩ　／Ｌ／ド電圧Ｖｃは、Ｖ　ｒ、　＝
　（Ｖ　ｂ　ｏ　＋　Ｖ　ｓ　）　／　２となって、ｖ
ｂの零点レベルｖｂ零の変動に応じ（１７） たスレッショルド電圧Ｖｃが第１６図中Ｃ点に発生する
。以下前述同様ｄ点に着火時期パルス信号Ｖｄが発生す
るものである。なお、抵抗１２４の値とコンデンサ１２
５の値は、第１７図中Ｕ点がエンジン最高回転数運転時
に次の燃焼光電圧の立ち上がり時期以前に存在するよう
にｖＲ低下時の時定数を得るよう決定されなければなら
ない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、着火信号の立ち上がり時期
を検出するスレッショルドレベルを着火信号の零点レベ
ルの変動に見合って一定の割合で変化するようにしたこ
とで、いかなる機関の運転状態でも正確かつ確実に実着
火時期が検出でき、常に安定した噴射時期制御が得られ
るという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を明示するための全体構成図、
第２図はこの発明の一実施例を示す全体構成図、第３図
は第１図図示のクランク角基準信号検出器とその入力回
路を示す電気回路図、第４（１８） 図は第２図図示回路中のクランク角基準信号の波形図、
第５図は第２図図示の着火検出器を示す部分断面図、第
６図は着火時期パルス発生回路、第７図は第６図図示の
回路中の波形図、第８図は着火検出回路の取りつけ状態
図、第９図は第２図図示の噴射Ｉ検出器を示す部分断面
図、第１０図、第１１．１２．１３図は本発明の演算処
理手順を示すフローチャート、第１４図は本発明の作動
説明に供する特性図、第１５図は本発明の基準信号と着
火時期パルス信号の発生タイミングチャート、第１６図
は零点検出スレソシロルド設定器の第２の実施例を示す
図、第１７図は第１６図図示回路中の波形図である。 １・・・運転状態検出器、２・・・電子制御ユニット。 ３・・・噴射ポンプ、４・・・着火検出器、５・・・ク
ランク角基準信号検出器、２３・・・マイクロコンピュ
ータ。 ２４・・・駆動回路、２５・・・着火時期パルス発生回
路。 ３７・・・電磁弁。 代理人弁理士　岡　部　隆 （１９） ｇ　Ｏｎ！！訓９掩ｉト”ｌ−＋智景 椿　専性

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ディーゼル機関の基準クランク角位置を検出するための
   クランク角基準信号検出器と、前記機関の気筒内に噴射
   された燃料が実際に燃焼し始める時期毎に着火信号を発
   生する着火検出器と、前記種々の検出器からの信号に応
   じて噴射時期制御用の駆動信号を発生する出力手段を含
   む電子制御ユニットと、前記駆動信号を受けて燃料噴射
   ポンプの燃料噴射時期を調節する噴射時期調節手段を備
   える燃料噴射時期制御装置において、前記着火検出器よ
   りの着火信号の燃料が燃焼していない時期の零点レベル
   を基準値として検出することにより前記着火信号零点レ
   ベルの変動に応じて、前記着火信号の立ち上がり時期検
   出のために設定されるスレッショルドレベルが補正・設
   定される零点検出スレソシジルド設定器を備えることを
   特徴とするディーゼル機関用燃料噴射時期制御装置。 （１）